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基于相变材料与液冷耦合的动力电池热管理研究
| 论文题名： | 基于相变材料与液冷耦合的动力电池热管理研究 |
| 关键词： | 电动汽车;动力电池;热管理;相变材料;液冷耦合 |
| 摘要： | 随着交通运输业节能和环保的呼声日益高涨，电动汽车行业应运而生且发展迅猛，随着市场需求的不断变化，电动汽车的快充技术成为亟待解决的问题。动力电池作为电动汽车的关键器件，它的安全性和稳定性受到温度的影响，如果能采用行之有效的温控方案来带走快速充电过程中产生的热量，将很大程度保证电动汽车的安全性和稳定性。本文针对动力电池高倍率快速充电过程，设计了相变材料与液冷耦合的热管理方案，通过数值模拟的方法来分析其温控性能。 分析锂离子电池的反应原理和生热机理，通过计算得到电池、复合相变材料及冷却液的主要热物性参数，分析冷却液理论用量和相变材料用量的理论计算方法，为后续模拟研究做好准备。对单体电池三维模型的充电过程进行数值模拟，采用文献数据进行验证，证实仿真模型的准确性。建立相变材料温控二维模型，分析不同相变温度对温控效果的影响。建立热管理系统的三维仿真模型，选择典型计算域进行数值模拟，分析了相变材料不同的导热系数及相变潜热对热管理性能的影响，最后对整包电池进行数值模拟。 在二维相变材料温控模拟研究中，采用较低的相变温度，对电池有更好的温控效果，在后续的研究中选取22℃为相变温度。在对三维计算域进行模拟研究时，相变材料的导热系数越大，充电过程中电池的最高温度越低，但增大到一定值之后温控优势已经不明显，且会导致电池内部的最大温差增大；采用较高潜热的相变材料时，温控效果也较好。根据模拟结果综合考虑电池最高温度、最大温差和相变材料的液相率，选出相变材料的最佳性能参数，在此结果上对热管理系统的整包三维模型进行数值模拟，模拟结果表明，电池包的最高温度控制在45℃以内，相变材料液相率为0.834，与计算域典型工况的模拟结果较为相符，能够满足热管理的要求。 |
| 作者： | 王蓓妍 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 何国庚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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